结合机理模式与冰芯记录分析气候变化对大气N2O浓度增长的贡献

N2O是一种长寿命温室气体，其全球增温潜势几乎是CO2的300倍。大气中的N2O浓度正以每年0.2-0.3%的速度增加。人们普遍将其增长归因于人类活动所造成的N施肥的增加，而忽略了自然土壤源对气候变化的反馈。工业革命前自然土壤源为大气N2O的主要源，古冰芯记录暗示大气N2O浓度增长和气候变暖有关。本研究拟利用申请人初步建立的动态氮循环模式(DyN)，通过模式敏感性试验，与现有增温和FACE试验结果比对，改进模式对单项环境变化的反馈性能。然后整合全球不同区域近百年N2O，NH4+ 和NO3-的高分辨率冰芯记录，直接从历史时间序列上对比分析冰芯记录和机理模式模拟结果，研究氮素循环的各个过程和气候变化之间的反馈机制。进而结合冰芯记录，DyN模拟的自然土壤源N2O排放和一个单箱大气模式，估算近百年来气候变化对大气N2O浓度增长的贡献。这对正确评估人类活动和气候变化本身对大气环境的影响是有意义的。

N2O是一种长寿命温室气体，其全球增温潜势几乎是CO2的300倍。大气中的N2O浓度正以每年0.2-0.3%的速度增加。人们普遍将其增长归因于人类活动所造成的N施肥的增加，而忽略了自然土壤源对气候变化的反馈。本研究利用项目负责人初步建立的动态氮循环模式(DyN)，通过模式敏感性试验，与现有增温和FACE试验结果比对，检验了模式模拟的氮循环各个过程对增温增水和CO2倍增的响应。发现在各种环境控制因子里，无论从十年际还是年际尺度上，土壤N2O排放对温度的响应最敏感。土壤N2O排放对水分的响应仅表现在年际尺度，长期的水分增加甚至会减少土壤N2O的排放。20世纪全球自然土壤源的排放量为 ~8.2 至 9.5 Tg N yr-1 (考虑了大气氮沉降后为8.3 至10.3Tg N yr-1)。率先从过去百年的时间序列上分析了土壤N2O排放和气候变化之间的关系，发现自然土壤源N2O排放在过去的时间序列上主要受温度和大气氮沉降的影响，其中温度增加的贡献为0.85TgNyr-1，大气氮沉降的效应为0.8TgNyr-1， 大气CO2的正反馈效应表现为和气候作用的互作，大约为0.2TgNyr-1。 自然源N2O排放对气候变暖的正反馈效应为~ 1 Tg N yr-1 K-1。发现传统上认为可以定量或预测自然土壤源N2O排放的土壤关键因子和过程，如有机碳（SOC）和土壤呼吸速率、土壤矿化速率等，在长期的时间序列上会受到大气CO2浓度的影响而产生偏差，因此不能用于定量和预测过去和未来长时间尺度的自然土壤源N2O排放。只有土壤反硝化速率和土壤N2O排放之间在空间和长时将尺度上均存在稳定的相关关系。